【摘 要】
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搪瓷用钢是搪瓷制品中常用的一种基体材料,在搪瓷用钢表面涂抹无机玻璃质釉料,在高达800~900摄氏度的搪烧温度下进行搪烧后,便获得一种兼具强度、耐蚀、耐高温、美观和易清洁的复合材料。近年来,搪瓷制品的应用领域越来越广泛,从最开始的日常生活用具向医疗器械、化工设备、建筑装饰领域延伸。虽然搪瓷制品有很多的优点,但是搪瓷制品存在的一个主要缺陷却也制约着它的发展,这个缺陷就是鳞爆现象。鳞爆产生的原因主要是
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搪瓷用钢是搪瓷制品中常用的一种基体材料,在搪瓷用钢表面涂抹无机玻璃质釉料,在高达800~900摄氏度的搪烧温度下进行搪烧后,便获得一种兼具强度、耐蚀、耐高温、美观和易清洁的复合材料。近年来,搪瓷制品的应用领域越来越广泛,从最开始的日常生活用具向医疗器械、化工设备、建筑装饰领域延伸。虽然搪瓷制品有很多的优点,但是搪瓷制品存在的一个主要缺陷却也制约着它的发展,这个缺陷就是鳞爆现象。鳞爆产生的原因主要是在搪烧完成后,搪瓷用钢中的氢原子由于溶解度降低会向表面扩散,由于搪瓷釉层的阻碍,氢原子在搪瓷涂层-基体界面处聚集并结合生成氢气。当氢气的压力超出搪瓷涂层的承受范围,就会发生鳞爆。由于鳞爆发生时间毫无规律可寻,一旦发生往往会造成安全隐患。所以提高搪瓷用钢的抗鳞爆性能是搪瓷制品应用发展的重要因素。氢在搪瓷用钢中的扩散是导致发生鳞爆的重要原因,研究发现氢会被钢中的不可逆氢陷阱捕获而限制氢的扩散,而析出相被认为是钢中的不可逆氢陷阱的主要来源,并且析出相的种类、数量、大小、分布都会影响贮氢能力,从而影响搪瓷用钢的抗鳞爆性能。研究氢在金属中扩散和分布的技术主要包括氢渗透法、热脱附光谱法、扫描开尔文探针技术、三维原子探针技术、氢微印技术等。这些技术能够提供钢中的贮氢特点,为解决搪瓷用钢抗鳞爆问题提供了理论依据。本研究通过TDS技术研究了搪瓷用钢中氢陷阱的陷阱结合能。借助原位SKPFM技术测量搪瓷用钢中析出物捕氢前后的电势变化量来评价该析出物的捕氢能力,并利用EBSD分析了晶粒取向对析出相捕氢能力的影响。对比分析EN 10209-2013标准测量的氢渗透实验得到TH值,并分析了析出相对搪瓷用钢抗鳞爆性能的影响。本文结论如下:1)经热脱附(TDS)测试,获得两个氢解吸峰,一个低温峰,一个高温峰,通过计算获得其陷阱结合能分别为17.51k J/mol和105.73k J/mol。由于本实验用钢为铁素体钢,认为低温峰对应的氢陷阱是晶界,是可逆氢陷阱。高温峰对应的氢陷阱是Ti4C2S2析出物,是不可逆氢陷阱。2)原位SKPFM测量搪瓷钢试样在充氢前后的电势变化验证了TiC析出物捕获氢的能力。此外界面处的电势变化幅度更大,说明TiC析出物的捕氢位点主要集中在TiC/α-Fe界面上。3)SKPFM实验结果显示在铁素体(111)面上析出的TiC比(110)表现出较高的充氢后电位升高,说明其具有更好的氢捕获能力。通过EBSD分析,由于(111)平面的施密德因子较低,在卷取过程中被破坏更严重,导致TiC于基体之间的相干性更差,从而拥有更好的氢捕获能力。4)搪瓷用钢中晶粒取向的分布并不均匀,(101)取向的晶粒最多,其次是(111)取向。此外,大尺寸的析出物主要是Ti4C2S2,小尺寸的析出物主要是TiC。拥有Ti4C2S2多的搪瓷钢抗鳞爆性能更好。
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